DE102017105017A1 - PREPARATION OF RADIATION-EMITTING COMPONENTS - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsemittierenden Bauelementen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines metallischen Hilfsträgers und ein Ausbilden von metallischen Strukturelementen auf dem Hilfsträger, indem wenigstens ein Metallabscheidungsprozess mit Hilfe wenigstens einer Maskierungsschicht durchgeführt wird. Weiter vorgesehen ist ein Anordnen eines die metallischen Strukturelemente umschließenden reflektiven Einbettungsmaterials auf dem Hilfsträger und ein Entfernen des Hilfsträgers, so dass ein die Strukturelemente und das Einbettungsmaterial aufweisender Träger mit zwei entgegengesetzten Hauptseiten bereitgestellt wird. Die Hauptseiten des Trägers sind durch die Strukturelemente und das Einbettungsmaterial gebildet. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Träger, ein Anordnen eines Konversionsmaterials zur Strahlungskonversion auf dem mit den Halbleiterchips versehenen Träger, und ein Durchführen eines Vereinzelungsprozesses zum Bilden von separaten strahlungsemittierenden Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein strahlungsemittierendes Bauelement.The present invention relates to a method for producing radiation-emitting components. The method comprises providing a metallic submount and forming metallic features on the submount by performing at least one metal deposition process using at least one masking layer. It is further provided an arranging a reflective embedding material enclosing the metallic structural elements on the subcarrier and removing the subcarrier, so that a carrier having the structural elements and the embedding material is provided with two opposite main sides. The main sides of the carrier are formed by the structural elements and the embedding material. The method further comprises arranging radiation-emitting semiconductor chips on the carrier, arranging a conversion material for radiation conversion on the carrier provided with the semiconductor chips, and performing a singulation process for forming separate radiation-emitting components. The invention further relates to a radiation-emitting component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsemittierenden Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein strahlungsemittierendes Bauelement.The present invention relates to a method for producing radiation-emitting components. The invention further relates to a radiation-emitting component.
Heutzutage werden auf dem Gebiet der Allgemeinbeleuchtung zunehmend Bauelemente mit einem oder mehreren strahlungsemittierenden Halbleiterchips eingesetzt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Marktbedürfnisse haben sich Bauelemente mit Saphir-Chips etabliert. Hierbei handelt es sich um LED-Chips (Light Emitting Diode) mit einem strahlungsdurchlässigen Chipsubstrat aus Saphir, welche eine Lichtstrahlung in alle Richtungen emittieren können. Aufgrund dieser Eigenschaft spielt die Oberflächenbeschaffenheit von Trägersubstraten der Halbleiterchips eine entscheidende Rolle. Die Substrate sollen eine hohe Reflektivität und Langzeitstabilität gegenüber der energiereichen Strahlung der Halbleiterchips (blaue Lichtstrahlung oder UV-Strahlung) besitzen.Today, in the field of general lighting, components with one or more radiation-emitting semiconductor chips are increasingly being used. Due to technical and economic market needs, components with sapphire chips have become established. These are LED chips (Light Emitting Diode) with a radiation-transparent chip substrate made of sapphire, which can emit light radiation in all directions. Because of this property, the surface finish of carrier substrates of the semiconductor chips plays a crucial role. The substrates should have a high reflectivity and long-term stability with respect to the high-energy radiation of the semiconductor chips (blue light radiation or UV radiation).
Herkömmliche strahlungsemittierende Bauelemente weisen leiterrahmenbasierte Trägersubstrate auf. Derartige Substrate umfassen einen metallischen Leiterrahmen (Leadframe), welcher mit einer reflektiven metallischen Beschichtung versehen sein kann. Möglich ist zum Beispiel eine Silberbeschichtung, was jedoch korrosionsanfällig ist. Daher kommen in der Regel leiterrahmenbasierte Substrate mit einer Gold-Palladium-Beschichtung zum Einsatz. Solche Substrate sind zwar teurer, weniger reflektierend und anspruchsvoller in der LED-Herstellungskette, werden aber aufgrund der Silberkorrosion den silberbeschichteten Substraten vorgezogen.Conventional radiation-emitting components have ladder-frame-based carrier substrates. Such substrates include a leadframe which may be provided with a reflective metallic coating. It is possible, for example, a silver coating, which is susceptible to corrosion. As a result, ladder-frame-based substrates with a gold-palladium coating are generally used. While such substrates are more expensive, less reflective, and more sophisticated in the LED manufacturing chain, they are preferred to the silver-coated substrates because of silver corrosion.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von strahlungsemittierenden Bauelementen sowie ein verbessertes strahlungsemittierendes Bauelement anzugeben.The object of the present invention is to specify an improved method for producing radiation-emitting components as well as an improved radiation-emitting component.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsemittierenden Bauelementen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines metallischen Hilfsträgers und ein Ausbilden von metallischen Strukturelementen auf dem Hilfsträger, indem wenigstens ein Metallabscheidungsprozess mit Hilfe wenigstens einer Maskierungsschicht durchgeführt wird. Weiter vorgesehen ist ein Anordnen eines die metallischen Strukturelemente umschließenden reflektiven Einbettungsmaterials auf dem Hilfsträger und ein Entfernen des Hilfsträgers, so dass ein die Strukturelemente und das Einbettungsmaterial aufweisender Träger mit zwei entgegengesetzten Hauptseiten bereitgestellt wird. Die Hauptseiten des Trägers sind durch die Strukturelemente und das Einbettungsmaterial gebildet. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Träger, ein Anordnen eines Konversionsmaterials zur Strahlungskonversion auf dem mit den Halbleiterchips versehenen Träger, und ein Durchführen eines Vereinzelungsprozesses zum Bilden von separaten strahlungsemittierenden Bauelementen.According to one aspect of the invention, a method for producing radiation-emitting components is proposed. The method comprises providing a metallic submount and forming metallic features on the submount by performing at least one metal deposition process using at least one masking layer. It is further provided an arranging a reflective embedding material enclosing the metallic structural elements on the subcarrier and removing the subcarrier, so that a carrier having the structural elements and the embedding material is provided with two opposite main sides. The main sides of the carrier are formed by the structural elements and the embedding material. The method further comprises arranging radiation-emitting semiconductor chips on the carrier, arranging a conversion material for radiation conversion on the carrier provided with the semiconductor chips, and performing a singulation process for forming separate radiation-emitting components.
Bei dem Verfahren wird ein Träger bereitgestellt, welcher ein reflektives Einbettungsmaterial und darin eingebettete metallische Strukturelemente aufweist. Wenigstens ein Teil der metallischen Strukturelemente kann als elektrische Leiterstrukturen des Trägers dienen. Der Träger besitzt des Weiteren zwei entgegengesetzte Hauptseiten. Hierbei handelt es sich um Seiten des Trägers mit der größten lateralen Ausdehnung. Die Hauptseiten des Trägers, welche eben ausgeführt sein können, sind durch die metallischen Strukturelemente und das Einbettungsmaterial gebildet. In dieser Ausgestaltung sind an den beiden Hauptseiten des Trägers metallische Strukturelemente frei zugänglich. Zumindest ein Teil der Strukturelemente kann sich von der einen zur anderen Hauptseite des Trägers erstrecken, und somit Durchkontaktierungen bilden.In the method, a carrier is provided which comprises a reflective embedding material and metallic structural elements embedded therein. At least a part of the metallic structural elements can serve as electrical conductor structures of the carrier. The carrier also has two opposite major sides. These are sides of the beam with the largest lateral extent. The main sides of the carrier, which can be made flat, are formed by the metallic structural elements and the embedding material. In this embodiment, metallic structural elements are freely accessible on the two main sides of the carrier. At least a part of the structural elements may extend from one to the other main side of the carrier, and thus form vias.
Zum Verwirklichen dieser Bauform des Trägers kommt ein metallischer Hilfsträger zum Einsatz, auf welchem zunächst die metallischen Strukturelemente ausgebildet werden. Dies erfolgt durch Durchführen wenigstens eines Metallabscheidungsprozesses. Hierbei wird die Form der Strukturelemente mit Hilfe wenigstens einer strukturierten Maskierungsschicht festgelegt. Die wenigstens eine Maskierungsschicht kann Öffnungen aufweisen, innerhalb derer die Metallabscheidung erfolgen kann. Bei Verwendung von einer Maskierungsschicht kann diese auf dem Hilfsträger ausgebildet werden. Bei Verwendung von mehreren Maskierungsschichten kann eine Maskierungsschicht auf dem Hilfsträger ausgebildet werden, und kann eine weitere Maskierungsschicht (jeweils) auf der zuvor erzeugten Maskierungsschicht ausgebildet werden. Es ist möglich, zuerst mehrere aufeinander angeordnete Maskierungsschichten auf dem Hilfsträger auszubilden und nachfolgend die metallischen Strukturelemente abzuscheiden. Eine alternative Vorgehensweise besteht darin, wenigstens eine Maskierungsschicht auf dem Hilfsträger auszubilden und wenigstens eine Metallabscheidung durchzuführen, und anschließend wenigstens eine weitere Maskierungsschicht hierauf auszubilden und wenigstens eine weitere Metallabscheidung durchzuführen.To realize this design of the carrier, a metallic auxiliary carrier is used, on which first the metallic structural elements are formed. This is done by performing at least one metal deposition process. In this case, the shape of the structural elements is determined by means of at least one structured masking layer. The at least one masking layer may have openings within which the metal deposition can take place. When using a masking layer, it can be formed on the auxiliary carrier. When using a plurality of masking layers, a masking layer may be formed on the subcarrier, and another masking layer may be formed on the previously formed masking layer, respectively. It is possible first to form a plurality of mutually arranged masking layers on the auxiliary carrier and subsequently to deposit the metallic structural elements. An alternative procedure is to form at least one masking layer on the auxiliary carrier and to carry out at least one metal deposition, and then to form at least one further masking layer thereon and to carry out at least one further metal deposition.
Nach dem Ausbilden der metallischen Strukturelemente kann die wenigstens eine Maskierungsschicht entfernt werden. Nachfolgend wird das reflektive Einbettungsmaterial zum Einbetten der Strukturelemente auf dem Hilfsträger angeordnet, und wird der Hilfsträger entfernt, so dass der Träger bereitgestellt werden kann. Anschließend erfolgen ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Träger und ein Anordnen eines Konversionsmaterials zur Strahlungskonversion auf dem mit den Halbleiterchips versehenen Träger. Dies bezieht sich auf eine der beiden Hauptseiten des Trägers. Der nun vorliegende Bauelementverbund wird im Anschluss hieran in separate strahlungsemittierende Bauelemente vereinzelt. Die fertiggestellten Bauelemente können jeweils einen durchtrennten Abschnitt des Trägers und wenigstens einen hierauf angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchip aufweisen. Es können Einzelchip-Bauelemente mit lediglich einem Halbleiterchip oder Multichip-Bauelemente mit mehreren Halbleiterchips gefertigt werden. Der wenigstens eine Halbleiterchip kann mit dem Konversionsmaterial bedeckt sein. After forming the metallic structural elements, the at least one masking layer can be removed. Subsequently, the reflective embedding material for embedding the structural elements is placed on the subcarrier, and the subcarrier is removed, so that the carrier can be provided. Subsequently, arranging radiation-emitting semiconductor chips on the carrier and arranging a conversion material for radiation conversion take place on the carrier provided with the semiconductor chips. This refers to one of the two main sides of the carrier. The now present component network is then separated into separate radiation-emitting components. The finished components may each have a severed portion of the carrier and at least one radiation-emitting semiconductor chip arranged thereon. Single-chip components with only one semiconductor chip or multi-chip components with a plurality of semiconductor chips can be manufactured. The at least one semiconductor chip may be covered with the conversion material.
Der in dem Verfahren erzeugte Träger kann sich durch eine hohe Strahlungsstabilität und durch eine hohe Reflektivität auszeichnen. Auf diese Weise ist eine effiziente Betriebsweise der strahlungsemittierenden Bauelemente möglich. Denn die Hauptseite, auf welcher die strahlungsemittierenden Halbleiterchips und das Konversionsmaterial angeordnet werden, lässt sich derart ausbilden, dass die betreffende Hauptseite hauptsächlich durch das reflektive Einbettungsmaterial gebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann der Träger chipseitig eine kleine bzw. minimale Metalloberfläche besitzen. Auf diese Weise kann der Träger nicht nur hochreflektiv sein, sondern kann zusätzlich eine Kostenersparnis ermöglicht werden.The carrier produced in the process can be characterized by high radiation stability and high reflectivity. In this way, an efficient operation of the radiation-emitting components is possible. For the main side, on which the radiation-emitting semiconductor chips and the conversion material are arranged, can be formed such that the relevant main page is mainly formed by the reflective embedding material. In this embodiment, the carrier may have a small or minimal metal surface on the chip side. In this way, the carrier can not only be highly reflective, but can also be made possible cost savings.
Die Verwendung des metallische Strukturelemente und das reflektive Einbettungsmaterial aufweisenden Trägers bietet des Weiteren die Möglichkeit, die strahlungsemittierenden Bauelemente mit einer hohen Packungsdichte zu fertigen. Auch auf diese Weise kann eine Kostenersparnis erzielt werden.The use of the metallic structural elements and the carrier having reflective embedding material furthermore offers the possibility of producing the radiation-emitting components with a high packing density. Also in this way a cost saving can be achieved.
Ein weiterer Vorteil ist eine hohe Flexibilität des Verfahrens. Dies betrifft zum Beispiel die Ausgestaltung des Trägers. So ist es möglich, die Form und/oder die Positionierung der metallischen Strukturelemente beliebig anzupassen. Auch im Hinblick auf die Ausprägung des reflektiven Einbettungsmaterials kann eine flexible Anpassung vorgenommen werden. Die Gestaltungsfreiheit kann lediglich durch in dem Verfahren verwendete Prozessanlagen limitiert sein.Another advantage is a high flexibility of the process. This concerns, for example, the design of the carrier. It is thus possible to adapt the shape and / or the positioning of the metallic structural elements as desired. Also with regard to the expression of the reflective embedding material, a flexible adaptation can be made. The design freedom can only be limited by process systems used in the process.
Die metallischen Strukturelemente des Trägers können derart ausgebildet werden, dass eine effiziente Entwärmung im Betrieb der strahlungsemittierenden Bauelemente möglich ist. Ferner können die Strukturelemente aus metallischen Materialien hergestellt werden, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient an die Ausdehnungskoeffizienten der übrigen Komponenten der strahlungsemittierenden Bauelemente angepasst ist. Auf diese Weise kann ein Auftreten von mechanischen Spannungen in den strahlungsemittierenden Bauelementen vermieden werden, wodurch die Bauelemente eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzen können.The metallic structural elements of the carrier can be designed such that efficient heat dissipation during operation of the radiation-emitting components is possible. Furthermore, the structural elements can be produced from metallic materials whose coefficient of thermal expansion is adapted to the coefficients of expansion of the remaining components of the radiation-emitting components. In this way, an occurrence of mechanical stresses in the radiation-emitting components can be avoided, whereby the components can have a high reliability and lifetime.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die metallischen Strukturelemente bei dem bereitgestellten Träger nicht sämtlich untereinander kurzgeschlossen sein können. Im Unterschied zur Verwendung eines leiterrahmenbasierten Trägers besteht daher die Möglichkeit, während des Herstellungsverfahrens elektrische Testmessungen, zum Beispiel zur Farborterfassung (In-Line-Color-Control), durchzuführen. Dadurch sind eine Erhöhung der Prozesssicherheit und der Ausbeute möglich. Des Weiteren können eine Reihe unterschiedlicher Auftragstechnologien für das Anordnen des Konversionsmaterials zur Anwendung kommen. Es können sogar Prozesse durchgeführt werden, bei welchen es gegebenenfalls zu Abweichungen kommen kann. Denn mit Hilfe der Testmessungen können solche Abweichungen zeitnah erfasst und korrigiert werden. Auch die vereinzelten strahlungsemittierenden Bauelemente können in gemeinsamer Weise gemessen werden, was schneller und günstiger ist als ein Durchführen von Einzelmessungen von Bauelementen.Another advantage is that the metallic structural elements in the provided carrier can not all be shorted together. In contrast to the use of a ladder-frame-based carrier, it is therefore possible to carry out electrical test measurements, for example for in-line color control, during the manufacturing process. This allows an increase in process reliability and yield. Furthermore, a number of different application technologies can be used for arranging the conversion material. It is even possible to carry out processes in which deviations may occur. Because with the help of the test measurements, such deviations can be promptly recorded and corrected. Also, the isolated radiation-emitting components can be measured in a common manner, which is faster and cheaper than performing individual measurements of components.
In dem am Ende des Verfahrens durchgeführten Vereinzelungsprozess wird der mit den strahlungsemittierenden Halbleiterchips und dem Konversionsmaterial versehene Träger durchtrennt. In diesem Schritt kann lediglich das reflektive Einbettungsmaterial des Trägers und das Konversionsmaterial durchtrennt werden. Hierdurch lässt sich das Vereinzeln auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise durchführen.In the singulation process performed at the end of the process, the carrier provided with the radiation-emitting semiconductor chips and the conversion material is severed. In this step, only the reflective embedding material of the carrier and the conversion material can be severed. This allows the singulation in a simple, inexpensive and reliable way to perform.
Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen und Details beschrieben, welche für das Verfahren und für die gemäß dem Verfahren hergestellten strahlungsemittierenden Bauelemente in Betracht kommen können.In the following, further possible embodiments and details which may be considered for the method and for the radiation-emitting components produced according to the method are described.
Die mit Hilfe des Verfahrens hergestellten Bauelemente können eine höhere Reflektivität des Trägers besitzen als herkömmliche Bauelemente mit leiterrahmenbasierten Trägern. Auf diese Weise können die Bauelemente mit einer höheren Lichtausbeute betrieben werden. Die Lichtausbeute kann wenigstens 2% größer sein, wie anhand von Versuchen festgestellt wurde.The devices produced by means of the method can have a higher reflectivity of the carrier than conventional devices with ladder-frame-based carriers. In this way, the components can be operated with a higher light output. The luminous efficacy may be at least 2% greater, as determined by experiment.
Die metallischen Strukturelemente des Trägers können in Form von Metallblöcken und/oder Metallsträngen verwirklich werden. Wie ferner oben angegeben wurde, können die Strukturelemente bzw. kann zumindest ein Teil derselben als elektrische Leiterstrukturen dienen. Im Rahmen des Anordnens der strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Träger können die Halbleiterchips mit metallischen Strukturelementen des Trägers elektrisch verbunden werden. Auf diese Weise können die Halbleiterchips über die metallischen Strukturelemente elektrisch angesteuert werden. Mögliche Ausführungsformen zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips werden weiter unten noch näher beschrieben. The metallic structural elements of the carrier can be realized in the form of metal blocks and / or metal strands. As indicated above, the structural elements or at least part of them can serve as electrical conductor structures. In the context of arranging the radiation-emitting semiconductor chips on the carrier, the semiconductor chips can be electrically connected to metallic structural elements of the carrier. In this way, the semiconductor chips can be electrically controlled via the metallic structure elements. Possible embodiments for electrical contacting of the semiconductor chips will be described in more detail below.
Wie ebenfalls oben angegeben wurde, kann wenigstens ein Teil der metallischen Strukturelemente des Trägers in Form von Durchkontaktierungen verwirklicht sein. Hierdurch eignen sich die mit Hilfe des Verfahrens hergestellten strahlungsemittierenden Bauelemente für eine Oberflächenmontage (SMT, Surface Mounting Technology).As also stated above, at least a part of the metallic structural elements of the carrier can be realized in the form of plated-through holes. As a result, the radiation-emitting components produced by the method are suitable for surface mounting (SMT, Surface Mounting Technology).
Im Betrieb der strahlungsemittierenden Bauelemente können deren Halbleiterchips eine primäre Lichtstrahlung emittieren. Die primäre Lichtstrahlung kann zum Beispiel eine blaue oder ultraviolette Lichtstrahlung sein. Mit Hilfe des Konversionsmaterials kann die primäre Lichtstrahlung wenigstens teilweise konvertiert, also wenigstens teilweise in eine oder mehrere sekundäre Lichtstrahlungen umgewandelt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine weiße Lichtstrahlung erzeugt und über das Konversionsmaterial abgegeben werden. Hierdurch können die strahlungsemittierenden Bauelemente zum Beispiel auf dem Gebiet der Allgemeinbeleuchtung zur Anwendung kommen. Ein in Richtung des Trägers der Bauelemente emittierter Strahlungsanteil kann an diesem mit einer hohen Effizienz reflektiert werden.During operation of the radiation-emitting components, their semiconductor chips can emit primary light radiation. The primary light radiation may be, for example, a blue or ultraviolet light radiation. With the aid of the conversion material, the primary light radiation can be at least partially converted, that is, at least partially converted into one or more secondary light radiations. In this way, for example, a white light radiation can be generated and released via the conversion material. As a result, the radiation-emitting components can be used, for example, in the field of general lighting. A radiation component emitted in the direction of the carrier of the components can be reflected thereon with high efficiency.
Der in dem Verfahren verwendete metallische Hilfsträger kann eine Metallfolie sein. Der Hilfsträger kann ferner zum Beispiel aus Kupfer ausgebildet sein.The metallic auxiliary carrier used in the process may be a metal foil. The subcarrier may also be formed, for example, of copper.
Der wenigstens eine zum Ausbilden der metallischen Strukturelemente auf dem Hilfsträger durchgeführte Metallabscheidungsprozess kann ein Prozess sein, in welchem ein Metall über die flüssige Phase abgeschieden bzw. aufgewachsen wird. Ein solcher Prozess kann in einem Flüssigkeitsbad durchgeführt werden, in welches der Hilfsträger eingebracht wird. Mit Hilfe der wenigstens einen Maskierungsschicht kann ein Teil des Hilfsträgers bedeckt werden. In unbedeckten Bereichen bzw. Öffnungen der wenigstens einen Maskierungsschicht kann Metall auf dem Hilfsträger abgeschieden werden.The at least one metal deposition process performed to form the metallic features on the submount may be a process in which a metal is deposited over the liquid phase. Such a process can be carried out in a liquid bath into which the auxiliary carrier is introduced. With the help of the at least one masking layer, a part of the subcarrier can be covered. In uncovered regions or openings of the at least one masking layer, metal can be deposited on the auxiliary carrier.
In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine Metallabscheidungsprozess ein galvanischer Metallabscheidungsprozess, auch Elektroplattieren (Electroplating) genannt. Hierbei dient der metallische Hilfsträger als Abscheideelektrode, an welchen ein elektrisches Potential angelegt wird.In another embodiment, the at least one metal deposition process is a metal plating process, also called electroplating. Here, the metallic auxiliary carrier serves as a deposition electrode, to which an electrical potential is applied.
Es ist auch möglich, dass der wenigstens eine Metallabscheidungsprozess ein stromloser chemischer Abscheidungsprozess (Electroless Plating) ist. Des Weiteren können mehrere galvanische Metallabscheidungsprozesse, mehrere stromlose chemische Metallabscheidungsprozesse, oder eine Kombination von wenigstens einem galvanischen und wenigstens einem stromlosen chemischen Metallabscheidungsprozess, durchgeführt werden.It is also possible that the at least one metal deposition process is an electroless plating process. Furthermore, a plurality of electrodeposition processes, a plurality of electroless metal deposition processes, or a combination of at least one galvanic and at least one electroless metal deposition process may be performed.
Die wenigstens eine Maskierungsschicht kann eine strukturierte Fotolackschicht sein. Eine solche Schicht kann zunächst zusammenhängend ausgebildet und nachfolgend durch selektives Belichten und anschließendes Entwickeln strukturiert werden.The at least one masking layer may be a patterned photoresist layer. Such a layer can first be formed coherently and subsequently structured by selective exposure and subsequent development.
In einer weiteren Ausführungsform werden wenigstens zum Teil metallische Strukturelemente auf dem Hilfsträger ausgebildet, bei welchen jeweils am Anfang und am Ende des Ausbildens ein Edelmetall und dazwischen wenigstens ein weiteres Metall abgeschieden wird. Bei dem auf diese Art und Weise hergestellten Träger können die betreffenden Strukturelemente Edelmetall-Schichten an den Hauptseiten des Trägers aufweisen. Hierdurch kann eine zuverlässige elektrische Verbindung mit den Halbleiterchips, sowie auch eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der strahlungsemittierenden Bauelemente, ermöglicht werden. Des Weiteren können die Strukturelemente eine hohe Reflektivität besitzen. Das weitere Metall kann zum Beispiel Kupfer sein, wodurch eine kostengünstige Herstellung der strahlungsemittierenden Bauelemente weiter begünstigt werden kann. Das Edelmetall kann zum Beispiel Silber sein. Hierbei kann zwischen dem Silber und dem Kupfer ferner ein weiteres Metall wie beispielsweise Nickel abgeschieden werden, um eine Barriereschicht zu bilden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist das Edelmetall Gold. Hierbei kann zwischen dem Gold und dem Kupfer ferner wenigstens ein weiteres Metall, beispielsweise Palladium (angrenzend an das Gold) und Nickel (angrenzend an das Kupfer), abgeschieden werden.In a further embodiment, at least partially metallic structural elements are formed on the auxiliary carrier, in each case at the beginning and at the end of the forming a noble metal and between at least one further metal is deposited. In the carrier produced in this manner, the respective structural elements may have noble metal layers on the main sides of the carrier. In this way, a reliable electrical connection to the semiconductor chips, as well as a reliable electrical contacting of the radiation-emitting components, are made possible. Furthermore, the structural elements can have a high reflectivity. The further metal may be, for example, copper, whereby a cost-effective production of the radiation-emitting components can be further promoted. The precious metal may be silver, for example. Here, between the silver and the copper, another metal such as nickel may be further deposited to form a barrier layer. In another possible embodiment, the precious metal is gold. In this case, at least one further metal, for example palladium (adjacent to the gold) and nickel (adjacent to the copper), may also be deposited between the gold and the copper.
In einer weiteren Ausführungsform werden wenigstens zum Teil metallische Strukturelemente auf dem Hilfsträger ausgebildet, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweisen. Die ersten Abschnitte der Strukturelemente weisen kleinere laterale Abmessungen auf als die zweiten Abschnitte der Strukturelemente. Die ersten Abschnitte der Strukturelemente befinden sich an einer Hauptseite und die zweiten Abschnitte der Strukturelemente befinden sich an der anderen Hauptseite des bereitgestellten Trägers. Ein solcher Aufbau der Strukturelemente kann unter Verwendung von mehreren aufeinander angeordneten Maskierungsschichten mit unterschiedlich großen Öffnungen verwirklicht werden. Die Halbleiterchips werden auf derjenigen Hauptseite des Trägers angeordnet, an welcher sich die ersten Abschnitte der Strukturelemente mit den kleineren lateralen Abmessungen befinden. In dieser Ausgestaltung kann die für das Anordnen der Halbleiterchips und des Konversionsmaterials vorgesehene Hauptseite des Trägers eine kleine bzw. minimale Metalloberfläche besitzen und sich insofern durch ein hohes Reflexionsvermögen auszeichnen. Die entgegengesetzte Hauptseite des Trägers kann demgegenüber eine größere Metalloberfläche besitzen. Dadurch kann eine effiziente Entwärmung im Betrieb der strahlungsemittierenden Bauelemente erzielt werden. Ferner kann eine Kontaktierung der Bauelemente erleichtert werden.In a further embodiment, at least partially metallic structural elements are formed on the auxiliary carrier, which each have a first and a second section. The first sections of the structural elements have smaller lateral dimensions than the second sections of the structural elements. The first sections of the structural elements are located on one main side and the second sections of the structural elements are located on the other major side of the provided support. Such a structure of Structural elements may be realized using a plurality of masking layers having different sized apertures arranged on each other. The semiconductor chips are arranged on the main side of the carrier on which the first sections of the structural elements with the smaller lateral dimensions are located. In this embodiment, the main side of the carrier provided for arranging the semiconductor chips and the conversion material may have a small metal surface and thus have high reflectivity. In contrast, the opposite main side of the carrier may have a larger metal surface. As a result, efficient heat dissipation during operation of the radiation-emitting components can be achieved. Furthermore, a contacting of the components can be facilitated.
In einer weiteren Ausführungsform werden wenigstens zum Teil metallische Strukturelemente ausgebildet, welche über metallisches Material miteinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung kann bei einer Herstellung von strahlungsemittierenden Multichip-Bauelementen mit mehreren Halbleiterchips in Betracht kommen. Auf diese Weise können die mehreren Halbleiterchips der Bauelemente untereinander elektrisch verbunden sein. Des Weiteren kann eine Entwärmung im Betrieb der strahlungsemittierenden Bauelemente begünstigt werden. Es ist möglich, dass die über metallisches Material miteinander verbundenen Strukturelemente lediglich an der Hauptseite des Trägers zugänglich sind, auf welcher die Halbleiterchips vorgesehen sind. Die Verbindung von Strukturelementen kann zum Beispiel in Form von Verbindungsstegen verwirklicht werden, welche vollständig in dem reflektiven Einbettungsmaterial eingebettet werden.In a further embodiment, metallic structural elements are at least partially formed, which are interconnected via metallic material. This embodiment may be considered in the production of radiation-emitting multi-chip components with a plurality of semiconductor chips. In this way, the plurality of semiconductor chips of the components can be electrically connected to one another. Furthermore, a cooling in the operation of the radiation-emitting components can be favored. It is possible that the structural elements interconnected via metallic material are only accessible on the main side of the carrier on which the semiconductor chips are provided. The connection of structural elements may, for example, be realized in the form of connecting webs which are completely embedded in the reflective embedding material.
In einer weiteren Ausführungsform weist das nach dem Ausbilden der metallischen Strukturelemente auf dem Hilfsträger angeordnete reflektive Einbettungsmaterial ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und darin eingebettete reflektive Partikel auf. Das Grundmaterial kann zum Beispiel ein Silikonmaterial oder ein Epoxidmaterial sein. Die reflektiven Partikel können zum Beispiel TiO2-Partikel sein.In a further embodiment, the reflective embedding material arranged on the auxiliary carrier after the formation of the metallic structure elements has a radiation-transmissive base material and reflective particles embedded therein. The base material may be, for example, a silicone material or an epoxy material. The reflective particles may be, for example, TiO 2 particles.
Das reflektive Einbettungsmaterial kann derart auf dem Hilfsträger aufgebracht werden, dass von dem Hilfsträger abgewandte Oberflächen von zumindest einem Teil der metallischen Strukturelemente frei bleiben. Auf diese Weise können die Oberflächen dieser Strukturelemente, zusammen mit dem Einbettungsmaterial, eine der beiden Hauptseiten des Trägers bilden. Für den Fall, dass bei dem Aufbringen des reflektiven Einbettungsmaterials ein unerwünschtes Bedecken der Oberflächen von Strukturelementen auftreten sollte, kann im Rahmen des Anordnens des Einbettungsmaterials bzw. danach zusätzlich ein Freilegen dieser Oberflächen durchgeführt werden. Möglich ist zum Beispiel ein Durchführen eines Sandstrahlprozesses.The reflective embedding material can be applied to the auxiliary carrier such that surfaces remote from the auxiliary carrier remain free of at least part of the metallic structural elements. In this way, the surfaces of these structural elements, together with the embedding material, can form one of the two main sides of the carrier. In the event that undesired covering of the surfaces of structural elements occurs during the application of the reflective embedding material, an additional exposure of these surfaces may be carried out during the placement of the embedding material or thereafter. For example, it is possible to carry out a sandblasting process.
Für das Aufbringen des reflektiven Einbettungsmaterials auf dem Hilfsträger können unterschiedliche Prozesse durchgeführt werden. Möglich ist zum Beispiel ein mit Hilfe eines Formwerkzeugs durchgeführter Formprozess (Moldprozess). Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen folienunterstützten Spritzpressprozess (FAM, Foil Assisted Molding) handeln. Bei diesem Prozess kann auf einem Werkzeugteil des verwendeten Form- bzw. Spritzpresswerkzeugs eine Folie aus einem Kunststoffmaterial angeordnet sein. In dem Spritzpressprozess kann das betreffende Werkzeugteil mit der Folie an metallische Strukturelemente angedrückt sein. Hierdurch kann ein Bedecken von von dem Hilfsträger abgewandten Oberflächen dieser Strukturelemente vermieden werden.For the application of the reflective embedding material on the subcarrier different processes can be performed. For example, it is possible to carry out a molding process (molding process) using a molding tool. This may be, for example, a film-assisted transfer molding process (FAM, Foil Assisted Molding). In this process, a film made of a plastic material may be arranged on a tool part of the molding or transfer molding tool used. In the transfer molding process, the relevant tool part with the film can be pressed against metallic structural elements. In this way, covering of surfaces of these structural elements facing away from the auxiliary carrier can be avoided.
Das Aufbringen des reflektiven Einbettungsmaterials kann alternativ auf andere Art und Weise durchgeführt werden. Möglich ist zum Beispiel ein Vergießen des reflektiven Einbettungsmaterials. Ein weiterer denkbarer Prozess ist ein tröpfchenförmiges Aufbringen des Einbettungsmaterials mit Hilfe einer Druckvorrichtung, was auch als Jetting bezeichnet wird.The application of the reflective embedding material may alternatively be performed in other ways. For example, it is possible to cast the reflective embedding material. Another conceivable process is a droplet-like application of the embedding material by means of a printing device, which is also referred to as jetting.
Das nach dem Anordnen des reflektiven Einbettungsmaterials durchgeführte Entfernen des Hilfsträgers kann zum Beispiel mit Hilfe eines Ätzprozesses durchgeführt werden. Durch das Entfernen des Hilfsträgers kann die andere der beiden Hauptseiten des Trägers gebildet werden.The removal of the subcarrier carried out after arranging the reflective embedding material can be carried out, for example, by means of an etching process. By removing the subcarrier, the other of the two main sides of the carrier can be formed.
Die in dem Verfahren verwendeten und auf dem bereitgestellten Träger angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips können LED-Chips (Light Emitting Diode) sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die Halbleiterchips volumenemittierende Halbleiterchips. Derartige Halbleiterchips können eine Lichtstrahlung nicht nur über eine Vorderseite, sondern auch über andere Seiten wie laterale Seitenflanken abgeben. Hierbei können die Halbleiterchips ein strahlungsdurchlässiges Chipsubstrat aus zum Beispiel Saphir aufweisen, auf welchem eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung angeordnet ist.The radiation-emitting semiconductor chips used in the method and arranged on the provided carrier may be LED (Light Emitting Diode) chips. In a further embodiment, the semiconductor chips are volume-emitting semiconductor chips. Such semiconductor chips can emit light radiation not only via a front side but also via other sides such as lateral side flanks. Here, the semiconductor chips may comprise a radiation-transmissive chip substrate of, for example, sapphire, on which a semiconductor layer sequence having an active zone for generating radiation is arranged.
Für das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips und metallischen Strukturelementen des Trägers können folgende Ausgestaltungen in Betracht kommen.The following configurations may be considered for establishing an electrical connection between the radiation-emitting semiconductor chips and metallic structural elements of the carrier.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die strahlungsemittierenden Halbleiterchips rückseitige Kontakte auf. In dieser Ausgestaltung kann es sich bei den Halbleiterchips um sogenannte Flip-Chips handeln. Des Weiteren werden die rückseitigen Kontakte der Halbleiterchips bei dem Anordnen auf dem Träger unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials mit metallischen Strukturelementen des Trägers mechanisch und elektrisch verbunden. Das elektrisch leitfähige Verbindungsmaterial kann zum Beispiel ein Lotmittel oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein.In a further embodiment, the radiation-emitting semiconductor chips have rear-side contacts. In this embodiment may be act in the semiconductor chips to so-called flip-chips. Furthermore, the backside contacts of the semiconductor chips are mechanically and electrically connected when disposed on the carrier using an electrically conductive bonding material having metallic structural elements of the carrier. The electrically conductive bonding material may be, for example, a solder or an electrically conductive adhesive.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die strahlungsemittierenden Halbleiterchips vorderseitige Kontakte auf. Des Weiteren werden nach dem Anordnen der Halbleiterchips auf dem Träger, was zum Beispiel durch Kleben oder Löten erfolgen kann, Kontaktstrukturen ausgebildet, über welche die vorderseitigen Kontakte und metallische Strukturelemente des Trägers elektrisch miteinander verbunden sind. Solche Kontaktstrukturen können zum Beispiel Bonddrähte sein.In an alternative embodiment, the radiation-emitting semiconductor chips have front-side contacts. Furthermore, after arranging the semiconductor chips on the carrier, which can take place for example by gluing or soldering, contact structures are formed, via which the front-side contacts and metallic structural elements of the carrier are electrically connected to one another. Such contact structures may be, for example, bonding wires.
In einer weiteren Ausführungsform werden metallische Strukturelemente des Trägers jeweils mit einer zusätzlichen reflektiven Schicht abgedeckt. Dieses Vorgehen kann zum Beispiel im Hinblick auf die vorgenannte Ausführungsform in Betracht kommen, um diejenigen Strukturelemente, an welche Kontaktstrukturen bzw. Bonddrähte angeschlossen werden, nachfolgend an diesen Stellen abzudecken. Auf diese Weise kann die Reflektivität des Trägers weiter verbessert werden. Die reflektive Schicht kann aus dem bei dem Bereitstellen des Trägers verwendeten reflektiven Einbettungsmaterial ausgebildet werden.In a further embodiment, metallic structural elements of the carrier are each covered with an additional reflective layer. This procedure can, for example, be considered with regard to the aforementioned embodiment in order to cover those structural elements to which contact structures or bonding wires are connected, subsequently at these locations. In this way, the reflectivity of the carrier can be further improved. The reflective layer can be formed from the reflective embedding material used in providing the support.
Wie oben angedeutet wurde, kann der Träger im Hinblick auf eine effiziente Entwärmung im Betrieb der strahlungsemittierenden Bauelemente ausgebildet werden. Hierfür kann ferner zum Beispiel folgende Ausführungsform in Betracht kommen, in welcher zum Teil metallische Strukturelemente ausgebildet werden, welche bei den strahlungsemittierenden Bauelementen ausschließlich zur Entwärmung vorgesehen sind. In dieser Ausgestaltung werden die Halbleiterchips auf den zur Entwärmung vorgesehenen Strukturelementen angeordnet. Diese Ausgestaltung kann zum Beispiel bei einer Verwendung von strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit vorderseitigen Kontakten zur Anwendung kommen.As indicated above, the carrier can be formed in view of efficient heat dissipation in the operation of the radiation-emitting components. For this purpose, for example, the following embodiment may also be considered, in which metallic structural elements are partly formed, which are provided in the radiation-emitting components exclusively for cooling. In this embodiment, the semiconductor chips are arranged on the structure elements provided for cooling. This embodiment can be used, for example, when using radiation-emitting semiconductor chips with front-side contacts.
In einer weiteren Ausführungsform weist das in dem Verfahren verwendete Konversionsmaterial ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und darin eingebettete und die Strahlungskonversion bewirkende Leuchtstoffpartikel auf. Das Grundmaterial kann zum Beispiel ein Silikonmaterial sein.In a further embodiment, the conversion material used in the method comprises a radiation-transmissive base material and embedded therein and the radiation conversion causing phosphor particles. The base material may be, for example, a silicone material.
Das Konversionsmaterial kann in Form einer durchgehenden Schicht auf dem mit den Halbleiterchips versehenen Träger angeordnet werden. Hierbei kann eine von dem Träger abgewandte Oberfläche der Schicht des Konversionsmaterials eben sein. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher die Schicht des Konversionsmaterials eine durch die Halbleiterchips vorgegebene Struktur bzw. Topologie besitzt.The conversion material can be arranged in the form of a continuous layer on the carrier provided with the semiconductor chips. In this case, a surface of the layer of the conversion material facing away from the carrier can be flat. Also possible is an embodiment in which the layer of the conversion material has a structure or topology predetermined by the semiconductor chips.
Für das Anordnen des Konversionsmaterials auf dem mit den Halbleiterchips versehenen Träger können unterschiedliche Prozesse durchgeführt werden. Möglich sind zum Beispiel ein mit Hilfe eines Formwerkzeugs durchgeführter Form- bzw. Moldprozess, ein Aufsprühen (Spraying), eine Lamination, ein Sieb- oder Schablonendruckprozess, ein Schleuderbeschichten (Spincoating) oder ein Dosieren mit Hilfe eines Dipensers (Dispensing) .For arranging the conversion material on the substrate provided with the semiconductor chips, different processes can be performed. For example, a molding or molding process carried out with the aid of a molding tool, spraying, lamination, a screen or stencil printing process, spin-coating or dispensing by means of a dispenser are possible.
Das am Ende des Verfahrens durchgeführte Vereinzeln kann zum Beispiel mittels Sägen durchgeführt werden. Möglich ist auch ein anderer Prozess wie zum Beispiel Stanzen. Anschließend können weitere Prozesse wie zum Beispiel ein Testen und Sortieren der vereinzelten strahlungsemittierenden Bauelemente durchgeführt werden.The separation carried out at the end of the process can be carried out, for example, by means of sawing. Also possible is another process such as punching. Subsequently, further processes such as, for example, testing and sorting of the separated radiation-emitting components can be carried out.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein strahlungsemittierendes Bauelement vorgeschlagen. Das strahlungsemittierende Bauelement weist einen Träger mit zwei entgegengesetzten Hauptseiten auf. Der Träger weist metallische Strukturelemente und ein die Strukturelemente umschließendes reflektives Einbettungsmaterial auf. Die Hauptseiten des Trägers sind durch die Strukturelemente und das Einbettungsmaterial gebildet. Weitere Bestandteile des strahlungsemittierenden Bauelements sind wenigstens ein auf dem Träger angeordneter strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein den wenigstens einen Halbleiterchip bedeckendes Konversionsmaterials zur Strahlungskonversion.According to a further aspect of the invention, a radiation-emitting component is proposed. The radiation-emitting component has a carrier with two opposite main sides. The carrier has metallic structural elements and a reflective embedding material enclosing the structural elements. The main sides of the carrier are formed by the structural elements and the embedding material. Further components of the radiation-emitting component are at least one radiation-emitting semiconductor chip arranged on the carrier and a conversion material for radiation conversion covering the at least one semiconductor chip.
Das strahlungsemittierende Bauelement kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein. Daher können oben beschriebene Merkmale, Ausführungsformen und Details in entsprechender Weise für das strahlungsemittierende Bauelement zur Anwendung kommen. The radiation-emitting component can be produced according to the method described above or according to one or more of the embodiments of the method described above. Therefore, features, embodiments, and details described above can be similarly applied to the radiation-emitting device.
Beispielsweise können eine oder mehrere der im Folgenden genannten Ausgestaltungen vorliegen. Wenigstens ein Teil der metallischen Strukturelemente kann als elektrische Leiterstrukturen des Trägers dienen. Die beiden Hauptseiten des Trägers, an welchen metallische Strukturelemente frei zugänglich sein können, können ebenflächig sein. Der wenigstens eine Halbleiterchip kann auf einer der beiden Hauptseiten des Trägers angeordnet und mit metallischen Strukturelementen elektrisch verbunden sein. Die den wenigstens einen Halbleiterchips tragende Hauptseite des Trägers kann einen kleinen bzw. minimalen Metallanteil besitzen. Infolgedessen kann sich der Träger durch ein hohes Reflexionsvermögen auszeichnen, was eine effiziente Betriebsweise des strahlungsemittierenden Bauelements möglich macht. Die metallischen Strukturelemente des Trägers können derart ausgebildet sein, dass eine effiziente Entwärmung im Betrieb des strahlungsemittierenden Bauelements möglich ist. Ferner können die metallischen Strukturelemente durch Durchführen von wenigstens einem Metallabscheidungsprozess, zum Beispiel von wenigstens einem galvanischen oder wenigstens einem stromlosen chemischen Metallabscheidungsprozess, hergestellt sein. Das strahlungsemittierende Bauelement kann ein Einzelchip-Bauelement mit lediglich einem Halbleiterchip oder ein Multichip-Bauelement mit mehreren Halbleiterchips sein.For example, one or more of the embodiments mentioned below may be present. At least a part of the metallic structural elements can serve as electrical conductor structures of the carrier. The two main sides of the carrier, to which metallic structural elements may be freely accessible, may be planar. The at least one semiconductor chip can be arranged on one of the two main sides of the carrier and can be electrically connected to metallic structure elements. The the at least one semiconductor chip main bearing side of the carrier may have a small or minimal amount of metal. As a result, the carrier can be characterized by a high reflectance, which enables efficient operation of the radiation-emitting device. The metallic structural elements of the carrier can be designed such that efficient heat dissipation during operation of the radiation-emitting component is possible. Further, the metallic structure elements may be made by performing at least one metal deposition process, for example, at least one galvanic or at least one electroless chemical metal deposition process. The radiation-emitting component may be a single-chip component having only one semiconductor chip or a multi-chip component having a plurality of semiconductor chips.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich wenigstens ein Teil der metallischen Strukturelemente des Trägers von einer Hauptseite zur anderen Hauptseite des Trägers. Auf diese Weise kann das strahlungsemittierende Bauelement ein oberflächenmontierbares Bauelement sein.In a further embodiment, at least a part of the metallic structural elements of the carrier extends from one main side to the other main side of the carrier. In this way, the radiation-emitting component can be a surface-mountable component.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die vorgenannten, in Form von Durchkontaktierungen verwirklichten Strukturelemente jeweils ein Edelmetall bzw. eine Edelmetall-Schicht an den Hauptseiten des Trägers und dazwischen wenigstens ein weiteres Metall auf. Hierdurch kann eine zuverlässige elektrische Verbindung mit dem wenigstens einen Halbleiterchip, sowie auch eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des strahlungsemittierenden Bauelements, ermöglicht werden.In a further embodiment, the aforementioned structural elements implemented in the form of plated-through holes each have a noble metal or a noble metal layer on the main sides of the carrier and at least one further metal therebetween. In this way, a reliable electrical connection to the at least one semiconductor chip, as well as a reliable electrical contacting of the radiation-emitting component, are made possible.
In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Teil der metallischen Strukturelemente des Trägers jeweils einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf. Die ersten Abschnitte der Strukturelemente weisen kleinere laterale Abmessungen auf als die zweiten Abschnitte der Strukturelemente. Die ersten Abschnitte der Strukturelemente befinden sich an einer Hauptseite, und die zweiten Abschnitte der Strukturelemente befinden sich an der anderen Hauptseite des Trägers. Der wenigstens eine Halbleiterchip ist auf derjenigen Hauptseite des Trägers angeordnet, an welcher sich die ersten Abschnitte der Strukturelemente mit den kleineren lateralen Abmessungen befinden. In dieser Ausgestaltung kann die den wenigstens einen Halbleiterchip tragende Hauptseite des Trägers eine kleine bzw. minimale Metalloberfläche besitzen und dadurch hochreflektiv sein. An der entgegengesetzten Hauptseite des Trägers kann demgegenüber ein größerer Metallanteil vorliegen. Hierdurch ist eine effiziente Entwärmung im Betrieb des strahlungsemittierenden Bauelements möglich.In a further embodiment, at least part of the metallic structural elements of the carrier each have a first and a second section. The first sections of the structural elements have smaller lateral dimensions than the second sections of the structural elements. The first sections of the structural elements are located on one main side and the second sections of the structural elements are located on the other major side of the carrier. The at least one semiconductor chip is arranged on the main side of the carrier on which the first sections of the structural elements having the smaller lateral dimensions are located. In this embodiment, the main side of the carrier carrying the at least one semiconductor chip may have a small or minimal metal surface and thus be highly reflective. In contrast, a larger metal content can be present on the opposite main side of the carrier. As a result, an efficient cooling in the operation of the radiation-emitting device is possible.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere metallische Strukturelemente des Trägers über metallisches Material miteinander verbunden. Diese Ausgestaltung kann in Betracht kommen, wenn das strahlungsemittierende Bauelement ein Multichip-Bauelement mit mehreren Halbleiterchips ist. Hierbei können die mehreren Halbleiterchips untereinander elektrisch verbunden sein. Die über metallisches Material miteinander verbundenen Strukturelemente können sich lediglich an der Hauptseite des Trägers befinden, auf welcher sich die Halbleiterchips befinden. Die Verbindung von Strukturelementen kann in Form von wenigstens einem metallischen Verbindungssteg verwirklicht sein, welcher vollständig in dem reflektiven Einbettungsmaterial eingebettet sein kann.In a further embodiment, a plurality of metallic structural elements of the carrier are connected to one another via metallic material. This embodiment can be considered when the radiation-emitting component is a multi-chip component with a plurality of semiconductor chips. Here, the plurality of semiconductor chips may be electrically connected to each other. The interconnected via metallic material structural elements can be located only on the main side of the carrier on which the semiconductor chips are located. The connection of structural elements can be realized in the form of at least one metallic connecting web, which can be completely embedded in the reflective embedding material.
Darüber hinaus können einzelne oder mehrere der folgenden Ausgestaltungen für das strahlungsemittierende Bauelement in Betracht kommen. Das reflektive Einbettungsmaterial kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und darin eingebettete reflektive Partikel aufweisen. Das Konversionsmaterial kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und darin eingebettete und die Strahlungskonversion bewirkende Leuchtstoffpartikel aufweisen. Bei einer Ausgestaltung des strahlungsemittierenden Bauelements mit mehreren Halbleiterchips kann das Konversionsmaterial in Form einer durchgehenden und die mehreren Halbleiterchips bedeckenden Schicht vorliegen. Eine von dem Träger abgewandte Oberfläche der Schicht des Konversionsmaterials kann eben sein. Denkbar ist auch eine Ausgestaltung, in welcher die Schicht des Konversionsmaterials eine durch die Halbleiterchips vorgegebene Topologie besitzt.In addition, one or more of the following embodiments may be considered for the radiation-emitting component. The reflective embedding material may comprise a radiation-transmissive base material and reflective particles embedded therein. The conversion material may comprise a radiation-transmissive base material and embedded therein and the radiation conversion causing phosphor particles. In one configuration of the radiation-emitting component with a plurality of semiconductor chips, the conversion material may be present in the form of a continuous layer covering the plurality of semiconductor chips. A surface of the layer of the conversion material facing away from the carrier may be flat. Also conceivable is an embodiment in which the layer of the conversion material has a topology predetermined by the semiconductor chips.
Ferner kann der wenigstens eine auf dem Träger angeordnete strahlungsemittierende Halbleiterchip ein LED-Chip sein. Auch kann der wenigstens eine Halbleiterchip ein volumenemittierender Halbleiterchip sein. Des Weiteren kann der wenigstens eine Halbleiterchip rückseitige Kontakte aufweisen, welche über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial mit metallischen Strukturelementen des Trägers mechanisch und elektrisch verbunden sind. Alternativ kann der wenigstens eine Halbleiterchip vorderseitige Kontakte aufweisen, welche über Kontaktstrukturen wie zum Beispiel Bonddrähte mit metallischen Strukturelementen des Trägers elektrisch verbunden sind. Diejenigen Strukturelemente, an welche Kontaktstrukturen bzw. Bonddrähte angeschlossen sind, können zusätzlich mit einer reflektiven Schicht abgedeckt sein. Wenigstens ein metallisches Strukturelement des Trägers kann lediglich zur Entwärmung vorgesehen sein. Auf diesem Strukturelement kann der wenigstens eine Halbleiterchip angeordnet sein.Furthermore, the at least one radiation-emitting semiconductor chip arranged on the carrier can be an LED chip. Also, the at least one semiconductor chip may be a volume-emitting semiconductor chip. Furthermore, the at least one semiconductor chip may have rear-side contacts which are mechanically and electrically connected to metallic structural elements of the carrier via an electrically conductive connection material. Alternatively, the at least one semiconductor chip may have front-side contacts which are electrically connected via contact structures such as, for example, bonding wires to metallic structural elements of the carrier. Those structural elements to which contact structures or bonding wires are connected may additionally be covered with a reflective layer. At least one metallic structural element of the carrier may be provided only for cooling. The at least one semiconductor chip can be arranged on this structural element.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The above-described and / or reproduced in the subclaims advantageous embodiments and refinements of the invention can - except, for example, in cases of definite dependencies or incompatible alternatives - individually or in any combination with each other.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 bis19 einen Verfahrensablauf zur Herstellung von strahlungsemittierenden Bauelementen anhand von Aufsichtsdarstellungen und seitlichen Schnittdarstellungen, wobei durch Durchführen von Metallabscheidungsprozessen metallische Strukturelemente auf einem metallischen Hilfsträger ausgebildet werden, ein reflektives Einbettungsmaterial auf dem Hilfsträger angeordnet wird und der Hilfsträger entfernt wird, so dass ein Träger bereitgestellt wird, strahlungsemittierende Halbleiterchips unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials auf dem Träger angeordnet und mit Strukturelementen des Trägers elektrisch verbunden werden, ein die Halbleiterchips bedeckendes Konversionsmaterial auf dem Träger angeordnet wird, und eine Vereinzelung in Einzelchip-Bauelemente durchgeführt wird; -
20 bis34 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von strahlungsemittierenden Bauelementen, wobei die Bauelemente Multichip-Bauelemente mit mehreren Halbleiterchips sind, und wobei zum Teil metallische Strukturelemente ausgebildet werden, welche über metallisches Material miteinander verbunden sind; -
35 bis46 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von strahlungsemittierenden Bauelementen, wobei strahlungsemittierende Halbleiterchips unter Verwendung von Bonddrähten mit metallischen Strukturelementen eines Trägers elektrisch verbunden werden; und -
47 eine vergrößerte Darstellung eines Trägers mit darauf aufgebrachten reflektiven Schichten, über welche metallische Strukturelemente des Trägers abgedeckt sind.
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1 to19 a process sequence for the production of radiation-emitting components on the basis of top views and side sectional views, wherein metal structural elements are formed on a metallic auxiliary carrier by performing metal deposition processes, a reflective embedding material is arranged on the auxiliary carrier and the auxiliary carrier is removed, so that a carrier is provided, radiation-emitting Semiconductor chips are arranged on the carrier using an electrically conductive connection material and are electrically connected to structural elements of the carrier, a conversion material covering the semiconductor chips is arranged on the carrier, and a singulation is carried out in single-chip components; -
20 to34 a further process sequence for the production of radiation-emitting components, wherein the components are multi-chip components with a plurality of semiconductor chips, and wherein partially metallic structural elements are formed, which are interconnected via metallic material; -
35 to46 a further process sequence for the production of radiation-emitting components, wherein radiation-emitting semiconductor chips are electrically connected using bonding wires with metallic structural elements of a carrier; and -
47 an enlarged view of a carrier having deposited thereon reflective layers over which metallic structural elements of the carrier are covered.
Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausgestaltungen von strahlungsemittierenden Bauelementen
Im Rahmen der Herstellung können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung von optoelektronischen Bauelementen bekannte Prozesse durchgeführt werden und können in diesen Gebieten übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Prozessen weitere Prozesse durchgeführt werden und können die Bauelemente
Die
Zu Beginn des Verfahrens wird ein metallischer Hilfsträger 110 bereitgestellt, auf welchem metallische Strukturelemente 130 durch Durchführen von mehreren aufeinanderfolgenden Metallabscheidungsprozessen ausgebildet werden. Dies erfolgt unter Verwendung von mehreren strukturierten Maskierungsschichten
Wie in den
Der metallische Hilfsträger
Anschließend werden, wie in den
Bei dem Metall
Die zum Ausbilden der metallischen Strukturelemente
Nach dem Ausbilden der metallischen Strukturelemente
Das reflektive Einbettungsmaterial
Zum Anordnen des reflektiven Einbettungsmaterials
Es ist gegebenenfalls möglich, dass es bei dem Aufbringen des reflektiven Einbettungsmaterials
Im Anschluss hieran, d.h. nach einem Aushärten des reflektiven Einbettungsmaterials
Wie in den
Nach dem Entfernen des Hilfsträgers
Bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips
Die Halbleiterchips
Neben den rückseitigen Kontakten weisen die Halbleiterchips 160 weitere nicht dargestellte Bestandteile wie ein strahlungsdurchlässiges Chipsubstrat aus zum Beispiel Saphir und eine darauf angeordnete Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung auf. Das Chipsubstrat kann die Vorderseite und die Seitenflanken bzw. einen wesentlichen Teil der Seitenflanken eines Halbleiterchips
Anschließend wird, wie in den
Das Konversionsmaterial
Zum Anordnen des Konversionsmaterials
Anschließend bzw. nach einem Aushärten des Konversionsmaterials
Die strahlungsemittierenden Bauelemente
Die strahlungsemittierenden Bauelemente
Das Verfahren und die mit dem Verfahren hergestellten strahlungsemittierenden Bauelemente
An der anderen Hauptseite
Das Erzeugen des die metallischen Strukturelemente
Das Verfahren kann sich darüber hinaus durch eine hohe Flexibilität, zum Beispiel im Hinblick auf die Ausgestaltung des Trägers
Die Strukturelemente
Eine solche Vorgehensweise ist schneller und kostengünstiger als ein Durchführen von Einzelmessungen.Such a procedure is faster and less expensive than performing individual measurements.
In dem Vereinzelungsprozess werden lediglich das reflektive Einbettungsmaterial
Im Folgenden werden weitere mögliche Varianten und Abwandlungen beschrieben, welche für ein Herstellungsverfahren und hiermit gefertigte strahlungsemittierende Bauelemente
Eine mögliche Abwandlung des Verfahrens besteht zum Beispiel darin, anstelle von Einzelchip-Bauelementen
Es können des Weiteren Multichip-Bauelemente
Bei dem Verfahren wird ein metallischer Hilfsträger
Wie in den
Nachfolgend wird, wie in den
Anschließend werden, wie in den
Nach dem Ausbilden der metallischen Strukturelemente
Wie in den
Nachfolgend werden, wie in den
Wie in den
Der nun vorliegende Bauelementverbund wird im Anschluss hieran, wie in den
Der anhand der
Das anhand der
Bei der Herstellung von strahlungsemittierenden Bauelementen 100 können nicht nur in Form von Flip-Chips verwirklichte Halbleiterchips
Bei dem Verfahren wird ein metallischer Hilfsträger
Nachfolgend werden, wie in den
Wie bei dem oben anhand der
Nach dem Ausbilden der metallischen Strukturelemente
Der Träger
Nachfolgend werden, wie in den
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips
Auch die strahlungsemittierenden Halbleiterchips
Anschließend wird, wie in den
Nachfolgend wird der nun vorliegende Bauelementverbund, wie in den
Die in den
Der anhand der
Das anhand der
Möglich ist auch eine Abwandlung des Verfahrens dahingehend, dass Multichip-Bauelemente mit mehreren elektrisch miteinander verbundenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips
Eine weitere Verfahrensvariante ist ausschnittsweise in der vergrößerten seitlichen Schnittdarstellung von
Neben den oben beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Es ist zum Beispiel möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden.In addition to the embodiments described and illustrated above, further embodiments are conceivable which may include further modifications and / or combinations of features. For example, it is possible to use other materials instead of the above materials.
Weitere mögliche Abwandlungen bestehen darin, Träger mit von den Figuren abweichenden Ausgestaltungen und Formen von metallischen Strukturelementen auszubilden. Dies kann mit Hilfe von entsprechend gestalteten Maskierungsschichten verwirklicht werden.Further possible modifications consist of forming carriers with configurations and shapes of metallic structural elements that deviate from the figures. This can be realized by means of appropriately designed masking layers.
Ferner ist es möglich, für das Ausbilden von metallischen Strukturelementen auf einem Hilfsträger lediglich eine Maskierungsschicht zu verwenden und/oder lediglich einen Metallabscheidungsprozess durchzuführen.Furthermore, it is possible to use only one masking layer for the formation of metallic structural elements on a subcarrier and / or to carry out only one metal deposition process.
Auch ist es möglich, für das Ausbilden von metallischen Strukturelementen einen oder mehrere stromlose chemische Abscheidungsprozesse durchzuführen. Denkbar ist auch eine Kombination von wenigstens einem galvanischen und wenigstens einem stromlosen chemischen Metallabscheidungsprozess.It is also possible to carry out one or more electroless chemical deposition processes for the formation of metallic structural elements. Also conceivable is a combination of at least one galvanic and at least one electroless chemical metal deposition process.
Des Weiteren ist die Möglichkeit gegeben, ein Konversionsmaterial zur Strahlungskonversion nicht in Form einer durchgehenden Schicht, sondern stattdessen in Form von separaten Schichtabschnitten auf einem mit strahlungsemittierenden Halbleiterchips versehenen Träger anzuordnen. Hierbei können jeweils einzelne oder mehrere Halbleiterchips von einem solchen Schichtabschnitt umschlossen werden. In dieser Variante kann bei dem Vereinzeln lediglich das reflektive Einbettungsmaterial des Trägers durchtrennt werden (nicht dargestellt). Furthermore, it is possible to arrange a conversion material for radiation conversion not in the form of a continuous layer, but instead in the form of separate layer sections on a carrier provided with radiation-emitting semiconductor chips. In this case, in each case individual or a plurality of semiconductor chips can be enclosed by such a layer section. In this variant, only the reflective embedding material of the carrier can be severed during the singulation (not shown).
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While the invention has been further illustrated and described in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Bauelementmodule
- 110110
- Hilfsträgersubcarrier
- 120120
- Maskierungsschichtmasking layer
- 121121
- Maskierungsschichtmasking layer
- 122122
- Maskierungsschichtmasking layer
- 125125
- Öffnungopening
- 130130
- Strukturelementstructural element
- 131131
- Strukturelementstructural element
- 132132
- Strukturelementstructural element
- 133133
- Verbindungsstegconnecting web
- 135135
- Abschnittsection
- 136136
- Abschnittsection
- 140140
- Einbettungsmaterialembedding material
- 145145
- Schichtlayer
- 150150
- Trägercarrier
- 151151
- HauptseiteHome
- 152152
- HauptseiteHome
- 160160
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 165165
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 170170
- Verbindungsmaterialconnecting material
- 175175
- Bonddrahtbonding wire
- 180180
- Konversionsmaterialconversion material
- 190190
- Trennlinieparting line
- 231231
- Edelmetallprecious metals
- 232232
- Metallmetal
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